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类型水泥水化分解课件.pptx

  • 上传人(卖家):三亚风情
  • 文档编号:2426292
  • 上传时间:2022-04-17
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    关 键  词:
    水泥 水化 分解 课件
    资源描述:

    1、School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院第五节第五节 水泥水化水泥水化第一部分 熟料单矿物的水化1.C3S水化常温条件下, C3S的水化反应式为:即: C3S+nH = C-S-H +(3-x)CH 式中 x表示钙硅比(C/S) n表示结合水量 生成物C-S-H在常温下呈胶凝状,化学组成不固定。有多种形态(箔片状、纤维状等)。X与石灰浓度、温度及W/C有关。组成不固定:CaO:0.1121.12g/l时,C-S-H() (0.81.5)CaOSiO2(0.52.5)H2OCaO1.12g/l时,C-S-H() (1.52.0)

    2、CaOSiO2(14)H2O222223(3)()CaO SiOnH OxCaO SiOyH Ox Ca OHSchool of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院C3S水化的五个阶段 诱导期诱导期 加速期加速期 衰减期衰减期 稳定期稳定期 诱导前期诱导前期 C3S的水化过程是放热过程,根据放热速率随时间的变化关系,大体上可把其水化过程分为5个阶段。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 I 诱导前期 急剧反应,出现第一个放热峰,时间很短,在15min以内结束。Schoo

    3、l of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 II诱导期: 反应极其缓慢,又称静止期。一般持续 14,是硅酸盐水泥浆体能在几小时内保持塑性的原因。 初凝时间基本上相当于诱导期的结束。 School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 III 加速期: 反应重新加快,出现第二个放热峰,到达峰顶时本阶段即告结束(48h)。 此时终凝已过,开始硬化。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 IV减速期: 反应速率随时间下

    4、降的阶段,约持续1224h,水化作用逐渐受扩散速率的控制。 V 稳定期: 反应速率很低、基本稳定的阶段,水化作用完全受扩散速率控制。 School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院C3S各水化阶段形成的产物如图2.6所示。图图2.6 C3S水化各阶段示意图水化各阶段示意图School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院C3S水化机理水化机理C3S水化机理,一般在第1、4、5阶段没有争议,但对于第2、3阶段则有不同的解释方法。第1阶段:C3S溶于水,迅速发生水化,故有一个放热

    5、高峰。第4阶段:随着水化物在颗粒周围的形成,C3S的水化作用受到阻碍,因而水化又从加速过程进入减速过程。第5阶段:最初的产物,大部分生长在颗粒原始周界以外(称“外部产物”),后期则生长在原始周界以内(称“内部产物”),此时C3S的水化完全由水向内部的扩散控制,水化速度很慢,故进入稳定期。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 第2、3 阶段的研究主要有保护层理论和延迟成核理论两种理论 。 保护层理论:将“潜伏期”归因于保护层的生成,待保护层破裂时,潜伏期终止。 保护层理论一: 假设在水化过程中连续生成了三种不同的水化物。 第

    6、一类水化物(C/S=3.0)在几分钟内生成,并很快在C3S周围形成了致密的保护层,延缓了C3S水化,Ca离子进入液相的速率降低,导致诱导期开始。 在诱导期,水化物C/S降低,第一类水化物向第二类(C/S=0.81.5,呈膜状)水化物转变,这时包覆层的透水性提高,同时液相也变成为Ca(OH)2的过饱和状体。 加速期的出现是由于C3S粒子表面包覆层的崩裂或重结晶的结果,这时形成的第三类水化物(C/S=1.52.0)呈纤维状。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院保护层理论二:渗透压理论 在水泥粒子周围,几分钟内就形成了一种凝胶状

    7、的半渗透膜,随着水化不断进行,在半渗透膜内部产生了渗透压,最终导致包覆层破裂,潜伏期结束。然后通过半透膜内部缺Ca离子的溶液和外部的Ca离子发生反应,开始生长出C-S-H纤维。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 延迟成核理论当C3S与水接触后迅速水解,Ca2+ OH-及进入溶液,这样就使原来的C3S表面变为“缺钙”或“富硅”的表面层,液相中的Ca2+就会因为化学吸附作用吸附在富硅的表面,并使表面带正电荷。C3S表面的高浓度Ca2+降低了C3S的进一步水解,这样就开始了诱导期。Ca2+和OH-相继以低速率溶解,当液相相对于

    8、Ca(OH)2成为过饱和时,Ca(OH)2晶核迅速形成。当Ca(OH)2结晶成长时会从溶液中移去Ca2+和OH-离子,这样就恢复了水化的加速期。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院2 C2S水化C2S的水化反应式为:即: C2S十mH=C-S-H+(2-x)CHC2S的水化过程与C3S极为相似,具体区别在于:C3S的水化速度比C2S高很多,约为C2S水化速度的20倍。22222)()2(2OHCaxOyHSiOxCaOOnHSiOCaOSchool of Highway, Changan University 长安大学公路

    9、学院长安大学公路学院3 C3A水化C3A在纯水中的水化反应式为: 即:2C3A+27H=C4AH19+C2AH8 C4AH19在低于85%的相对湿度时,即失去6摩尔的结晶水而成为C4AH13。C4AH19、C4AH13和C2AH8均为六方片状晶体,在常温下处于介稳状态,有向C3AH6等轴晶体转化的趋势。 在温度较高的情况下, C3A还会直接生成C3AH6 。 OHOAlCaOOHOAlCaOOHOAlCaO2322322328219427)3(2School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院C3A在纯水中的水化过程分为3个阶段:(P

    10、54图2-2-5-7) 阶段A: 相应于C3A迅速溶解以及六方片状水化产物形成,第一放热峰出现,水化反应速度下降; 阶段B:相应于C3AH6立方体的形成,使六方片状水化物层破坏,第二放热峰出现,水化反应重新加速; 阶段C:相应于在C3A周围形成立方状C3AH6水化物,水化反应变慢。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院C3A在有石膏、Ca(OH)2存在的条件下水化 (1)在液相的氧化钙浓度达到饱和时 C3A + CH +12H = C4AH13 在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中最易发生; 处于碱性介质中的C4AH13在室温下能够

    11、稳定存在,其数量迅速增多,就足以阻碍粒子的相对移动,使浆体产生瞬时凝结。 在水泥粉磨时通常都掺有石膏进行缓凝。 O13HOAl4CaOO12HCa(OH)OAl3CaO2322232School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 (2)有石膏存在时,C4AH13与石膏反应生成钙矾石 所形成的三硫型水化硫铝酸钙,又称钙矾石。由于其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫酸盐相,故常以AFt表示。钙矾石不溶于碱溶液而在C3A表面沉淀形成致密的保护层,阻碍了水与C3A进一步反应,因此降低了水化速度,避免了急凝。 Ca(OH)O32H3CaSO

    12、OAl3CaOO14HO)2H3(CaSOO13HOAl4Ca2432224232CHHS3CAC14HHS3CAHC3232134School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 (3)当C3A尚未完全水化而石膏已经耗尽时,C3A水化所成的C4AH13与先前形成的钙矾石依下式反应,生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm):O20HCa(OH)2O)H21CaSOOAl3(3CaOO)13HOAl2(CaOO32H3CaSOOAl3CaO22432232243220H2CH)HSCA3(CAH2CHS3CAC123134323School o

    13、f Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院(4)当石膏掺量极少,在所有的钙矾石都已经转化成单硫型水化硫铝酸钙后,就可能还有未水化的C3A剩余,C3A水化所成的C4AH13与单硫型水化硫铝酸钙反应生成固溶体。O12H)Ca(OH)(CaSO4OAl23CaOO13HOAl3CaOO12HCaSOOAl3CaO22322322432、123134123HCH)SC(2AHCHSCAC、ACSchool of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 C3A的水化产物CaSO42H2O/C3A(摩尔比)

    14、水化产物3.0AFt1.03.0AFt + AFm1.0AFm1.0单硫型固溶体0水石榴石 C3AH6School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院在有石膏、Ca(OH)2存在的条件下,C3A的水化过程分为4个阶段(P55 图2-2-5-8) 阶段I:C3A溶解,钙矾石(Aft)形成,水化速率减慢 阶段II:由于包覆层变厚,结晶压力大,钙矾石包覆层局部破裂; 阶段III:包覆层破裂处,水化反应重新加速,所形成的钙矾石又使得破裂 处封闭。 阶段IV:石膏消耗完毕,C3A与钙矾石继续反应生成单硫型铝酸钙(Afm),出现第二个放热高峰。S

    15、chool of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院4 C4AF水化p 铁铝酸钙的水化反应及其产物与C3A极为相似。氧化铁基本上起着与氧化铝相同的作用,也就是在水化产物中铁置换部分铝,生成固溶体。p 当没有石膏存在时, C4AF与水反应生成部分铝被铁置换过的C4AH13,即C4(A、F)H13,即为水化铝酸钙与水化铁酸钙的固溶体。呈六方片状,在低温下比较稳定,高温时向立方晶型C3(A、F)H6转化。 温度高时,C3(A、F)H6也可以由C4AF水化直接生成。p 当有石膏存在时,其反应与C3A大致相同。当石膏充分,形成铁置换过的钙矾石固溶体;

    16、而石膏量不足时,则形成铁置换过的单硫性固溶体。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院一、水化过程第二部分第二部分 硫酸盐水泥水化硫酸盐水泥水化School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 第三个峰: 水泥中硫酸盐含量一般不足以将全部C3A转化为AFt相,因而剩余的C3A与AFt相将转化为AFm即单硫酸盐相。 第一个峰:AFt相的形成 第二个峰:相当于C3S的水化 School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学

    17、公路学院第三部分第三部分 水化速率及影响因素水化速率及影响因素 一、水化速率 表示方法:单位时间内的水化程度或水化深度: 水化程度:发生水化作用的量和完全水化量的比值。 水化深度:已水化层的厚度 测定方法: 直接法:岩相分析、X射线分析和热分析等,直接测定水化程度。 间接法:测试水化热、结合水以及Ca(OH)2生成量等。School of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 通过测试结合水量来计算水化程度: 式中:水化程度(%);x1各龄期结合水量;x2 完全水化后结合水量。10021xxSchool of Highway, Changan

    18、 University 长安大学公路学院长安大学公路学院 水化程度可以根据下式转化成水化深度:2ldhm 式中:h水化深度; dm 水化前粒子的平均直径; 水化程度 l 水化后粒子的平均直径;33)1 (mdlSchool of Highway, Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 二、水化速率影响因素1. 水泥矿物组成和晶体结构2. 水泥细度和水灰比水泥粉磨得越细,比表面积就越大,与水接触的面积也越大,在其他条件相同的情况下,水化反应就会越快;水灰比在一定范围内变化时,适当增大水灰比,可以增大水化反应的接触面积,使水化速度加快。3. 温度 温度升高,水化加速,产物也有差异。4.外加剂促凝剂、早强剂、缓凝剂等

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